AGITAO E MISTURA

AGITAO E MISTURA

AULA 09

2012

IntroduoAgitao e MisturaMuitas operaes dependem da agitao e mistura de fluidos,que so aes complementares. O agente da operao denominado agitador, embora nem sempre haja um dispositivo mecnico instalado especificamente para essa finalidade. Agitao e mistura so operaes usadas durante os processos industriais; seja na minerao, indstrias alimentcias, qumicas farmacuticas, de papel e tratamento de gua e esgoto.Normalmente estas operaes so realizadas em tanques providos de agitadores mecnicos.

A operao caracterizada qualitativamente por trs palavras:

1.Homogeneizao: movimentao branda que visa uniformizar lquidos miscveis para se conseguir uniformidade no sistema;

2.Mistura: operao mecnica que aumenta a homogeneidade do fluido, que podem ser miscveis ou no, atravs da eliminao do gradiente de concentrao, temperatura e outras propriedades. Na mistura de fluidos, as propriedades que vo influenciar sero a viscosidade, massa especfica e miscibilidade. J nos slidos, as propriedades so: tamanho, massa especfica do slido, formato e rugosidade.Tendo um regime turbulento;

3.Agitao: uma operao mais completa que as anteriores. Refere-se movimentao intensa induzida de um material em forma determinada, por meio de impulsores giratrios, dentro de um recipiente (Ex: tanques).AGITAO A agitao refere-se ao movimento induzido em um fluido por meios mecnicos em um recipiente. O fluido pode circular no recipiente ou apresentar outro padro de fluxo. Pode-se agitar uma nica substncia homognea. MISTURA

A mistura est normalmente relacionada a duas ou mais fases inicialmente separadas que so aleatoriamente distribudas dentro ou atravs uma da outra. A mistura de fluidos em vasos agitados uma das mais importantes operaes unitrias para diversas indstrias. DIFERENAS ENTRE AGITAO E MISTURAEntende-se que os processos de agitao diferem dos processos de mistura, porque na agitao considera-se uma nica fase e nos processos de mistura considera-se que os componentes se apresentam em duas ou mais fases.Classificao das misturasHomognea: gs-gs, lquido-lquido (miscvel);

Heterognea: slido-lquido.

A agitao dos fluidos no implica necessariamente numa distribuio homognea dos fluidos ou partculas, isto , com agitao, a mistura pode no ser conseguida.Propriedades que influem nas misturasAs propriedades mais importantes dos materiais, que podem influenciar na facilidade da mistura para fluidos e slidos so:

Fluidos: viscosidade, massa especfica, relao entre as massas especficas e miscibilidade;

Slidos: finura, massa especfica, relao entre as massas especficas, forma, aderncia e molhabilidade.Tipos de agitadoresOs trs principais tipos de agitadores para lquidos de viscosidade baixa a moderada so:

Propulsores, Ps e Turbinas.

Para lquidos muito viscosos, os mais usados so:Propulsores tipo hlice e os agitadores ncora.Agitao de Lquidos:Os lquidos so agitados com vrios propsitos, dentre os principais tm-se:- suspenso de partculas slidas;- mistura de lquidos miscveis (gua e lcool metlico);- disperso de um gs atravs de um lquido na forma de pequenas bolhas;- disperso de um lquido em um outro imiscvel, para a formao de emulso ou suspenso de gotculas muito finas;- transferncia de calor entre lquido e superfcie aquecida, tal como serpentina, camisa de aquecimento, etc.Caractersticas:- Tanques cilndricos verticais, abertos ou fechados para o ar;- Base do tanque arredondada, para evitar regies mortas ou cantos;- Altura do lquido = dimetro do tanque;- Agitador na parte superior;- Caixa de engrenagem para reduo de velocidade (nem sempre necessria).Agitadores:So divididos em duas classes: fluxo axial e fluxo radial.

Fluxo axial: correntes paralelas ao eixo do agitador; so aqueles cujas ps fazem um ngulo menor que 90 com o plano de rotao do impulsor. Ex: hlices, turbinas de ps inclinadas.

- Fluxo radial: correntes tangenciais ou na direo perpendicular ao eixo do agitador. Tem suas ps paralelas ao eixo de rotao. Este fluxo perpendicular a parede do tanque. Ex: turbina, ps, ncora, grade.

velocidade de fluxo Equipamento de Agitao:Os lquidos so agitados em tanques ou vasos, geralmente cilndricos e com um eixo vertical. As propores do tanque variam muito, dependendo da natureza da agitao.

Vaso tpico de um processo de agitaos

O dispositivo convencional mecnico destinado a movimentar o fluido pela ao de um rotor. O rotor consiste em geral de certo nmero de lminas presas com certa inclinao a um cubo acionado pelo eixo. O escoamento provocado pelo rotor pode ser axial, mais comum com lminas inclinadas a 45, ou radial, que o rotor de lminas planas.Tipos de agitadores para lquidos de viscosidade baixa a moderada so:

(a) Propulsor marinho de trs ps, (b) turbina de p fina aberta, (c) turbina de disco, (d) turbina vertical de ps curvasExistem modelos com sistemas impulsores para produo de fluxo predominantemente radial ou axial, tais como:

- Impulsores de ps retas com inclinao de 45Impulsores navaisImpulsores de alta eficincia com ps em ngulo varivel prximo de ps constanteImpulsores de ps planas- Impulsores de ps curvas, etc.IMPULSORES DE FLUXO AXIAL So utilizados quando se deseja induzir fluxos de cima para baixo com objetivo de: - misturar lquidos- realizar suspenso de slidoslor- incorporar p seco em lquido- promover transferncia de calor IMPULSORES DE FLUXO AXIAL

No modelo de fluxo induzido, podemos observar que o componente de velocidade axial predominante direciona o fluxo para o fundo do tanque.Os defletores por sua vez alm de eliminar os redemoinhos, atuam no redirecionamento do fluido, forando-o para cima, criando certa forma uma eficiente recirculao do produto.Esta interao entre os fluxos ascendente e descendente, inerente na ao do movimento usado para misturar o fluido.

IMPULSOR DE FLUXO RADIAL Os impulsores deste tipo induzem perfis de velocidade predominantemente radiais e so utilizados quando se deseja:

- misturar lquidos imiscveis - obter troca de calor- dispersar gs nos lquidos

IMPULSOR DE FLUXO RADIAL No modelo do fluxo induzido podemos observar que o fluxo est mais ou menos confinado nas proximidades do impulsor tanto acima como abaixo do mesmo. O fluxo, que prximo ao eixo axial, toma gradualmente um perfil predominantemente radial, at atingir as paredes do tanque, onde redirecionado tanto para cima como para baixo.A alta ao de cizalhamento do fluxo, resultante da mudana de fluxo axial para radial exatamente aquela necessria para produzir os efeitos de transferncia de massa.Tipo de agitaoAGITAO LEVE: Caracteriza-se nas aplicaes onde se requer o mnimo de velocidade do fluido, permitindo os seguintes resultados:- promover completa mistura do fluido de maneira suave formando uma superfcie plana porm com movimento.- misturar fludos miscveis at homogeneidade, se a diferena de suas densidades for menor que 0,1- misturar fludos miscveis at uniformidade, sendo a viscosidade de um, menor de 100 vezes a viscosidade do outro.- manter a temperatura da mistura uniforme.

Tipo de agitaoAGITAO MDIA: A agitao mdia a mais comum nos processos industriais:- misturar fludos miscveis at uniformidade, sendo a diferena de suas densidades menor que 0,6- misturar fludos com grande diferena de viscosidade menor que 10.000 vezes.- auxiliar no aquecimento ou resfriamento de misturas.

Tipo de agitaoAGITAO FORTE: A agitao forte caracterizada por requerer alta velocidade do fludo.- produz superfcies turbulentas em fludos de baixa viscosidade.- utilizada quando o tempo de mistura crtico ou quando as diferenas de viscosidade so grandes (menor que 100.000 vezes).- misturar fludos at a uniformidade quando a diferena de densidade menor que 1,0.

Modelo de agitao com turbina de ps inclinadas

Tanque com agitador horizontal (McCabe, 1985).

Padro de escoamento com uma turbina de escoamento radial em um vaso sem chicanas (McCabe, 2001).Escoamento padro com o agitador fora do centro (McCabe, 2001).

Em tanques pequenos, o agitador pode ficar descentralizado e/ou inclinadoTanque com agitador horizontal (McCabe, 1985).

Em tanques largos, o agitador pode ser colocado na lateralhorizontalmente.Escoamento padro em um tanque com chicanas com um agitadormontado no centro (McCabe, 1985)

Tanque com chicanas e draft tubos: (a) turbina, (b) propulsor (McCabe, 2001)

Estes equipamentos so teis quando se deseja grande cisalhamento no agitador, como no caso da fabricao de certas emulses, ou quando partculas slidas tendem a flutuar na superfcie do lquido.A ancora o mais econmico dos impulsores de ps, trabalhando em regime laminar e com fluidos muito viscosos.

Detalhe do fluxo tangencial

MISTURA DE SLIDOSA mistura de slidos uma operao difcil de realizar. Gases e lquidos misturam-se espontaneamente por difuso, porm a mistura de slidos, alm de consumir muita energia, requer a moagem prvia das partculas at uma granulometria bastante fina. uma operao industrial muito frequente na indstria farmacutica, compostos de plsticos e a produo de fertilizantes mistos e de produtos agropecurios em p.

Fatores que interferem na mistura

Densidade do p Proporo dos diferentes componentes. tamanho relativo da partcula slida, formato edensidade de cada componente; a eficincia do misturador para aquele componente a tendncia dos materiais a formar agregados; contedo de umidade, caractersticas superficiais ede escoamento de cada um dos componentes.

TIPOS DE OPERAO Quando os slidos a serem misturados so constitudos de partculas de fcil escoamento, a operao de mistura pode ser realizada a seco. Nesse caso um alto grau de mistura conseguido sem muita dificuldade. Se a umidade do material a ser misturado for elevada prefervel operar usando via mida. Os equipamentos nessas operaes so diferentes. No entanto, nossa ateno estar focalizada principalmente na mistura de slidos granulares secos.

EQUIPAMENTO UTILIZADO

H uma variedade de modelos em uso. Alguns equipamentos j apresentados como, o transportador helicoidal e os moinhos de bolas prestam-se muito bem para a finalidade. Outros dispositivos sero considerados a seguir. Alguns operam em batelada, enquanto outros so contnuos. O tipo mais simples de misturador de batelada o tambor rotativo com chicanas radiais. A carga feita at a metade da capacidade do tambor e a operao dura geralmente de 5 a 20 minutos. O contedo descarregado por uma abertura lateral diretamente sobre um transportador.

EQUIPAMENTO UTILIZADO

Deve-se levar em conta a rotao do tambor que geralmente 50 a 60% da rotao crtica. O consumo de energia inferior ao dos misturadores helicoidais de fita de ao. O acionamento feito por meio de engrenagens ou correias cujo nmero depende do tamanho do tambor, da carga, e dimetro das polias. Usam-se geralmente 2, 5, ou 8 correias. Um tipo especial de tambor rotativo a conhecida betoneira utilizada no preparo de concreto. A carga e descarga feita pela boca do tambor, que muitas vezes basculante e tem a forma de pera.

Tambor Rotativo

Misturadores de impacto So utilizados para slidos finos, como os inseticidas e alguns produtos farmacuticos. Os ingredientes bem secos so alimentados continuamente no centro de um disco 20 a 70cm de dimetro, girando em alta rotao (1750 a 3500 rpm) no interior de uma carcaa . Geralmente o disco horizontal, mas h tambm modelos com discos verticais. A mistura realizada durante o impacto das partculas contra as paredes do misturados (carcaas). Misturadores deste tipo podem ser usados em srie afim de melhorar a uniformizao. A capacidade varia entre 1 e 25 t/h para materiais de fcil escoamento.

MISTURADOR DE IMPACTO

MISTURADOR DE IMPACTO

Misturadores em V Constituem um tipo bastante comum na indstria. Dois cilindros curtos, unidos pela base de modo a formar um ngulo prximo a 90, giram em torno de um eixo horizontal. Os cilindros podem ser de comprimento diferente. Estes misturadores funcionam em bateladas que ocupam metade do volume total.O tempo de mistura de 5 a 20 minutos. Com vrios V em srie obtm-se um misturador em zig-zag e que, se for ligeiramente inclinado, permite realizar operao contnua.

Misturadores em V

Misturador de Duplo Cone constitudo de dois cones unidos pela base maior e que giram em torno de um eixo no plano da base.A carga e a descarga so feitas pelos vrtices. H misturadores de duplo cone com agitadores internos adicionais e que permitem realizar a mistura em poucos minutos.Misturador de Duplo Cone

Misturadores HelicoidaisSo misturadores com as caractersticas de terem helicides feitas com chapas metlicas onduladas ou com fitas de ao afastadas do eixo.So misturadores de operao contnua.Misturadorcom agitador helicoidal

MISTURADOR DE FITA E DE ROSCA HELICOIDAL

Foras que atuam no processo eMecanismos de misturaAs foras que atuam no processo de misturapodem ser: inerciais e de acelerao ou gravitacionaisMecanismos de mistura: Conveco Difuso Mistura pneumtica Impacto

MECANISMOS DE MISTURA

DIFUSO (revolvimento,tombamento): Neste processo as partculas so reorientadas uma em relao s outras quando so colocadas em movimento aleatrio havendo uma modificao de suas posies relativas devido modificao da posio deconjuntos de partculas Neste processo, tambm denominado de CISALHAMENTO, h criao de planos de deslizamento dentro da massa como resultado da mistura de grupos de partculas.

MECANISMOS DE MISTURA

Planos de escorregamento so formados no seio do slido granulado durante a mistura, provocando o deslocamento relativo de pores grandes do material. Exemplos de misturadores que operam com este principio so :misturadores em V, cones duplos, misturadores em cubo, misturadores de tambores.DIFUSO (revolvimento,tombamento)

Mecanismos de mistura

CONVECO REVOLVIMENTO

a mistura de produto ou grupos de partculasde um ponto a outro. Grupos de partculas movem-se de um ponto aoutro do slido granular, como na convecofluida, originando a mistura convectiva. Exemplos de misturadores que utilizam esteprincpio: Misturadores de fitas, misturadorestipo masseira, misturadores helicoidais,misturadores verticais de alta intensidade, etc

MISTURADORES CONVECTIVOS

CONTROLE DA OPERAO

Os slidos particulados nunca atingem um estado de perfeita uniformidade ao serem misturados. O melhor que se consegue um estado de desordem global mdia, isto , um estado de disperso das partculas que no prevalece medida que a poro examinada vai ficando menor. Os mtodos estatsticos constituem a ferramenta ideal para se proceder avaliao do resultado das operaes de misturas de slidos. Esta avaliao consiste basicamente em obter o valor da composio mais provvel da batelada em cada instante.

CONTROLE DA OPERAO

O procedimento realizado aps um determinado tempo de mistura de dois slidos A e B, dez amostras so retiradas e analisadas. De posse dos resultados calcula-se o desvio padro. Dado um conjunto de resultados feitos em uma mesma amostra e calculado sua mdia aritmtica, define-se desvio padro, como sendo o limite superior e inferior de erros sobre a mdia aritmtica dos resultados obtidos. Matematicamente, o desvio padro definido pela frmula:

S = desvio padro

= somatria de n termosxi = valor individual da amostrax = valor mdio aritmticon = nmero de vezes da repetio

Exemplo da aplicao do clculo do desvio padron% de Ax - x(x-x)2010,0204+0,00040,00000016020,0200 0,00000,00000000030,1910- 0,00090,00000081040,0203+0,00020,00000004050,0209+0,00090,00000081060,0202+0,00020,00000004070,0206+0,00060,00000036080,0187- 0,00130,00000169090,0205+0,00050,00000025100,0198- 0,00020,00000004S = (Desvio Padro)Indica que, baseado na mdia aritmtica (x) dos valores obtidos que: permitido um erro de 0,00068% para mais ou menos da mdia obtida que 0,0200%. Sendo que o resultado final poder ser expresso da seguinte forma:% A = 0,0200% 0,00068O desvio relativo calculado assim:0,0200100% 0,0068 x %

x = 3,41 %

O desvio padro depende de:(1) - Mtodo analtico (2) - Concentrao da amostra(3) - Tipo de amostra(4) - Nmero de determinao(5) - Nmero de analistas envolvido

O desvio padro diminui a medida que a uniformidade de mistura aumenta.